鍋爐燃氣與燃油的運行費用

何玉六

(重慶金益煙草有限責任公司，重慶 409600)

目前，工業鍋爐房供熱主要采用燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐或者電鍋爐作為熱源，向工業用汽點提供熱量。隨著社會發展水平的逐步提高，城市對環境的要求越來越高，尤其是重慶市在10多年前就逐步淘汰工業燃煤鍋爐;而重慶電力供應在冬夏季節較為緊張，用高品位的電能轉化為低品位的熱能，對能源本身也是一種極大的浪費，電熱轉換能源利用率不高于30%。燃油燃氣鍋爐也基本成為城市工業、商業主流運行鍋爐。因此，下面就針對項目打葉復烤用汽的情況，重點分析比較燃氣鍋爐與燃油鍋爐的運行費用。

一、基礎數據調查

重慶復烤企業技術改造項目為兩條打葉復烤生產線，額定流量每條線為12000 kg/h，鍋爐總容量為40 t/h;總耗汽量為40 t/h，額定蒸發壓力為1.25 MPa。天然氣價格:專網工業用戶2.6585元/m3，公網工業、商業、集體(不包括執行居民氣價的學校、部隊戰士食堂、非營利性福利機構)用戶3.005元/m3。工業用水價格 4.5元/噸;工業用電0.6元/度(110 kV)。從以上調查，得出基礎數據。

1)耗能量。蒸汽蒸發量40噸/小時，飽和蒸汽壓力1.25 MPa，飽和蒸汽溫度190℃，飽和蒸汽熱焓h=2785.8 kJ/kg。

2)耗水量。按40 t每小時產汽量，根據目前金益公司鍋爐房用水(水處理耗水量)估算，每小時耗水量按50噸估算。

3)燃料熱值。天然氣熱值35.59 MJ/m3，柴油(鍋爐燃料)熱值 42.71 MJ/kg，重油(鍋爐燃料)熱值40.6 MJ/kg。

4)燃料價格。天然氣3.005元/m3，柴油7500元/t(不包含運費)，重油5400元/噸(不包含運費)。

5)水電價格。水費 4.5元/m3，電費 0.6元/度(110 kV)。

二、燃料和燃燒產物

(一)燃料組成成分與熱值

表1、表2列出了柴油、重油和天然氣的組成成分和熱值。

表1 燃油組成(ω，%)

(二)燃燒反應方程式

天然氣中CH4含量96%，如認為天然氣成分均為甲烷，則天然氣的完全燃燒化學反應方程式為

式中，α為燃料燃燒空氣消耗系數;φ為水蒸氣冷凝率，φ=1－(9.52α －1)/2(Pg/PS－1)，Pg為煙氣壓力，PS為水蒸氣飽和壓力。

煙氣中水蒸氣冷凝是一個復雜的傳熱傳質過程，煙氣主流的水蒸氣需穿過濃厚的不凝性氣體層，才能到達液膜表面冷凝，因此，實際冷凝率低于理論值。

重油和柴油按其所含元素主要有下列燃燒反應方程式:

(三)燃燒產物

燃燒天然氣 α=1.1，燃燒重油 α=1.2，空氣含濕量d0=0.012 kg水/kg，從天然氣和重油柴油燃燒反應方程式可以得出表3、表4燃燒產物。

從表3、表4煙氣組成部分可以看出每GJ(103MJ)燃料燃燒熱所發生的煙氣中，天然氣燃燒產物的水分份額最大，為61.53 m3/GJ，占煙氣體積 18.72%，隨 α 增加而遞減;柴油次之，分別為41.44 m3/GJ和12.22%;重油分別為40.39 m3/GJ和11.88%。可以看出，天然氣燃料鍋爐SO2排放量很少，CO2排量減少30%，而重油燃料鍋爐SO2排放濃度比較高，需要考慮脫硫二次處理煙氣。

表2 天然氣組成(ψ，%)和工業分析

表3 天然氣燃燒產物

表4 燃油燃燒產物

(四)產汽成本

我們按每小時產汽40噸(飽和蒸汽壓力為1.25 MPa)產汽量進行估算。

1.燃料成本

所需要熱量 Q=M蒸汽×(H2－H1)=40×103kg(2785.8 kJ/kg －108.95 kJ/kg)=107074000 kJ。

1)天然氣作為燃料

天然氣作為燃料時，按天然氣鍋爐熱效率90%計算，所需要天然氣量為

V天然氣=Q/(Qnet× η)=107074000 kJ/(35.59 ×103kJ/m3×90%)=3342.8m3

天然氣價格按公網工業價格計算，3.005元/m3，每小時所需要用氣成本為10045.2元，每立方米天然氣產生蒸汽為12 kg，單噸蒸汽成本為251.1元，

2)重油作為燃料

重油作為燃料時，按燃油鍋爐熱效率88%計算，所需要重油量為

M重油=Q/(Qnet×η)=107074000 kJ/(40.6×103kJ/kg×88%)=2996.9 kg

重油價格按5400元/噸(不含運費)計算，每小時所需要用油成本為為16183.2元，每千克重油產蒸汽13.35 kg，單噸蒸汽成本為404.58元。

3)柴油作為燃料

柴油作為燃料時，按燃油鍋爐熱效率89%計算，所需要重油量為

M重油=Q/(Qnet× η)=107074000 kJ/(42.71 ×103kJ/Kg×89%)=2816.9Kg

柴油價格按7500元/噸(不含運費)計算，每小時所需要用油成本為為21126.7元，每千克重油產蒸汽14.2 kg，單噸蒸汽成本為528.17元。

2.脫硫及脫硫成本

由于天然氣鍋爐含硫量幾乎為零，也就不存在SO2的脫硫問題，這里重點分析柴油和重油的脫硫成本。

按柴油平均含硫率 Sy=0.25%，SO2密度ρ=2.93，根據表4柴油燃燒后的產物，每立方米煙氣中SO2的質量為0.0018(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/14.48(m3/kg)=0.36 mg/m3，因此，每立方米煙氣中SO2濃度極低，不需要考慮煙氣二次脫硫處理。

按重油平均含硫率 Sy=2.5%，SO2密度 ρ=2.93，根據表4重油燃燒后的產物，每立方米煙氣中SO2的質量為0.0175(m3/kg)× 2.93(kg/m3)/13.81(m3/kg)=3713 mg/m3，根據國家局行業規定SO2排放濃度≤400 mg/m3，每立方米的最小脫硫量為3713－400=3313 mg，最低脫硫效率89.3%。

根據表4重油燃燒后的產物中，每噸重油燃燒后產生SO2的質量為51 kg，脫硫設備為目前金益公司使用的脫硫效率較高的渦輪增壓脫硫裝置，根據目前金益公司運行成本估算，每燃燒一噸重油的脫硫劑(NaOH)成本為228元，每噸蒸汽脫硫成本為16.7元。渦輪增壓脫硫裝置設備投資比較大，至少100萬元，而且還存在每年運行維護費用、污水處理費用、人工運行費用等。綜合考慮每噸蒸汽脫硫運行成本20元。

3.綜合產汽成本分析

燃氣鍋爐和燃油鍋爐的自來水消耗一致，燃油鍋爐電力消耗略微稍高一點(燃燒器有霧化裝置)，在此這兩項的消耗估算沒有差距，設備投資基本一致。綜合以上分析，直接燃料成本(含脫硫二次處理煙氣)，每噸蒸汽成本為:天然氣為251.1 元;柴油為528.17 元;重油為 424.58 元［1－2］。

四、小結

1)天然氣在重慶地區具有較為豐富的資源優勢，是重慶地區工業鍋爐的主要燃料，如果不考慮工廠界外管線投資(主供氣管網進工廠)，僅僅是廠區管網投資，那投資資金比較小;而且沒有環境污染問題，屬于完全清潔能源。

2)柴油和重油需要汽車運輸至工廠，工廠需要自建油庫，安全隱患比較大，而且國內石油供應日趨緊張，市場價格波動比較大，不可控制的因素較多(價格和供應)。而重油作為燃料，由于SO2初始排放比較高，將是我們仍然面對的難題，柴油運行成本最高。附表列出三種燃料鍋爐綜合比較。

綜上所述，考慮到天然氣管網檢修及受供氣緊張影響，建議使用以天然氣為主，燃油(柴油)為輔的燃油燃氣鍋爐。

［1］鍋爐房實用設計手冊編寫組.鍋爐房實用設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，2001.

［2］趙欽新，惠世恩.燃油燃氣鍋爐［M］.西安:西安交通大學出版社，2000.

附表 燃油、燃氣鍋爐綜合比較